專利名稱：電容器電容量診斷裝置及具備電容器電容量診斷裝置的電力用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及判定電容器電容量是否良好的電容器電容量診斷裝置、及具備電容器 電容量診斷裝置和具有電磁操作機(jī)構(gòu)的電力用設(shè)備，上述電磁操作機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)存在電容器中 的能量用于向電磁線圈通電來進(jìn)行操作。
背景技術(shù)：
對于供電系統(tǒng)中使用的電力用設(shè)備要求具有長期的可靠性。因此，必須進(jìn)行定期 的設(shè)備診斷。例如，在密閉型復(fù)合絕緣開關(guān)裝置中，利用由電磁線圈控制的電磁操作機(jī)構(gòu)來 進(jìn)行真空斷路器的開關(guān)操作，為了打開觸點(diǎn)而利用儲(chǔ)存在電容器中的能量。由于考慮到電 力用設(shè)備的驅(qū)動(dòng)所需要的大電容量的電解電容器是壽命有限的器件，因此擔(dān)心由于老化損 壞而引起的電容器電容量的下降。因此，為了確保真空斷路器的可靠性，需要定期地將該電 容器取出，進(jìn)行電容量檢查，實(shí)施判定電容器是否良好的電容器電容量診斷，在識(shí)別出劣化 等的情況下實(shí)施電容器的更換。然而，若在定期檢查以外的時(shí)間進(jìn)行電容器的檢查，則需要 使電力用設(shè)備停止，因此，也限制了診斷次數(shù)。若有不取出電容器電容量、就能在電力用設(shè) 備的運(yùn)行中判定電容器電容量是否良好的診斷裝置，則能不停止設(shè)備，從而能大幅地增加 診斷頻率，并可期待提高可靠性。在已有的車用乘員保護(hù)裝置的氣囊所使用的備用電容器的電容器電容量診斷電 路中，將由串聯(lián)連接的電阻和開關(guān)電路所形成的放電電路與電容器并聯(lián)連接，使放電電路 的開關(guān)電路在一定時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，對該即將導(dǎo)通前的電容器的充電電壓值VI、和伴隨著一定 時(shí)間的放電的電容器的端電壓的變化值(V1-V2)之比進(jìn)行計(jì)算，將該計(jì)算結(jié)果和基準(zhǔn)值進(jìn) 行比較，從而診斷電容器的電容量是否良好。由此，可不受與電容器相連接的直流電源的輸 出電壓的偏差的影響，而實(shí)現(xiàn)可靠地高精度地進(jìn)行診斷。此外，也可在車輛啟動(dòng)時(shí)實(shí)施電容 器的診斷(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。另外，在已有的車用乘員保護(hù)裝置的氣囊所使用的備用電容器的其他電容器異常 診斷裝置中，對電容器的兩端電壓值和閾值進(jìn)行比較來診斷電容器的異常。電容器包括檢 測單元，上述檢測單元對閾值和充電開始時(shí)的電容器的兩端電壓值(初始值)進(jìn)行檢測；及 診斷單元，上述診斷單元基于初始值，改變閾值并將其設(shè)定為初始值以上，將該改變后的閾 值、和在充電開始后的電容器的兩端電壓值進(jìn)行比較，從而來診斷電容器的異常。由此，即 使是在開始充電的時(shí)刻已經(jīng)有電荷的情況，也能實(shí)現(xiàn)可靠地診斷電容器的異常。此外，也可 在行車前實(shí)施電容器的診斷(例如，參照專利文獻(xiàn)2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)1 日本國專利特開平9-229976號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本國專利特開平6-207959號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在已有的電容器的電容量診斷電路或電容器的異常診斷裝置中，其目的都 在于診斷車用的氣囊的備用電容器，僅在緊接接通了點(diǎn)火開關(guān)后的、車啟動(dòng)時(shí)實(shí)施診斷，而 未假定在運(yùn)行中經(jīng)常進(jìn)行診斷，由于一旦開始運(yùn)用就被長期使用，因此存在的問題是，無法 適用于在運(yùn)用中必須進(jìn)行定期的電容器電容量診斷的電力用設(shè)備的電磁操作機(jī)構(gòu)中所使 用的電容器的電容量診斷。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，不會(huì)對由運(yùn)用中的電力用設(shè) 備的電磁操作機(jī)構(gòu)所使用的電容器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)帶來妨礙，而提供可定期地進(jìn)行電容器診斷 的電容器電容量診斷裝置及包括電容器電容量診斷裝置的電力用設(shè)備。為了解決上述問題，本發(fā)明的權(quán)利要求項(xiàng)1所涉及的電容器電容量診斷裝置包 括電源，上述電源對電容器進(jìn)行充電；放電電路，上述放電電路由串聯(lián)的放電電阻和放電 開關(guān)構(gòu)成，與電容器并聯(lián)；電阻分壓電路，上述電阻分壓電路由串聯(lián)的第一電阻及第二電阻 構(gòu)成，與電容器并聯(lián)；測定電路，上述測定電路對第一電阻和第二電阻的分壓點(diǎn)的電壓進(jìn)行 放大并測定；以及診斷電路，上述診斷電路使電容器停止充電，使放電電路的放電開關(guān)導(dǎo) 通，從而使電容器中充電的能量在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行放電，根據(jù)利用測定電路所測定的由 放電所引起的電壓下降值來判定電容器電容量是否合適，將由充電后的電容器的放電所引 起的診斷時(shí)的電壓下降值設(shè)定為預(yù)定的值以內(nèi)來實(shí)施。另外，本發(fā)明的權(quán)利要求項(xiàng)3所涉及的電力用設(shè)備包括電容器電容量診斷裝置， 且包括利用電容器中充電的能量的電磁操作機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，通過將電容器電容量診斷時(shí)由電容器的放電所引起的電壓下降設(shè)定 在預(yù)定值以內(nèi)，從而可在電容器的運(yùn)用中進(jìn)行診斷，另外，通過將該電容器電容量診斷裝置 應(yīng)用于電力用設(shè)備的電磁操作機(jī)構(gòu)所使用的電容器電容量診斷，從而具有可在電力用設(shè)備 運(yùn)用中進(jìn)行電容器電容量的診斷的顯著效果。


圖1是表示實(shí)施方式1中的電容器電容量診斷裝置的簡要的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示由實(shí)施方式1中的電容器電容量診斷裝置的放電所引起的電壓變化的 說明圖。圖3是表示包括實(shí)施方式2中的電容器電容量診斷裝置的電力用設(shè)備的簡要的結(jié) 構(gòu)圖。標(biāo)號(hào)說明1電容器電容量測定裝置2電容器3 電源4放電電路4a放電電阻4b放電開關(guān)5電阻分壓電路6測定電路
6a放大電路7診斷電路10真空斷路器15真空開關(guān)管16固定鐵心17斷路線圈19 開關(guān)21可動(dòng)軸23可動(dòng)鐵心25電磁操作機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電容器電容量診斷裝置及包括電容 器電容量診斷裝置的電力用設(shè)備進(jìn)行說明。實(shí)施方式1.圖1是表示實(shí)施方式1中的電容器電容量診斷裝置的簡要的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是 表示由電容器電容量診斷裝置的放電所引起的電容器電壓的變化的說明圖。如圖1所示，電容器電容量診斷裝置1包括電源3，上述電源3由DC電源3a和 DC/DC變換器3b構(gòu)成，上述DC電源3a用于向判定電容量是否良好的電容器2進(jìn)行充電，上 述DC/DC變換器3b將電壓調(diào)整至電容器2所需要的電壓；放電電路4，上述放電電路4由 放電電阻4a和作為放電開關(guān)4b的晶體管構(gòu)成，與電容器2并聯(lián)連接，以使電容器2的能量 進(jìn)行放電；電阻分壓電路5，上述電阻分壓電路5由第一、第二電阻5a、5b構(gòu)成，與電容器2 并聯(lián)連接，以測定放電時(shí)的電壓下降；測定電路6，上述測定電路6由測定第一電阻5a和第 二電阻5b的連接點(diǎn)A的電壓的放大器6a和A/D變換器6b構(gòu)成；診斷電路7，上述診斷電 路7發(fā)出停止向電容器2進(jìn)行充電的指令及使放電電路4的放電開關(guān)4b導(dǎo)通的指令，使電 容器2中充電的能量在預(yù)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行放電，根據(jù)利用測定電路6所測定的、由放電所引起 的電壓的時(shí)間變化來判定電容器電容量是否良好；及報(bào)警電路8，上述報(bào)警電路8基于診斷 電路7的判定結(jié)果，在判定為否的情況下發(fā)出報(bào)警。接著，參照圖1及圖2，對實(shí)施方式1中的電容器電容量診斷裝置1的動(dòng)作原理進(jìn) 行說明。要判定電容量是否良好的電容器2由與其相連接的電源3來供電，利用DC/DC變 換器3b來充電至使用電容器2的設(shè)備所要求的電壓Vc。從診斷電路7向電容器2發(fā)出停 止充電的指令，向放電電路4的放電開關(guān)4b發(fā)出在預(yù)定的時(shí)間t內(nèi)導(dǎo)通的指令。圖2是表 示由電容器的電容量診斷時(shí)的放電所引起的電容器的電壓9，電容器電壓V由于從放電開 關(guān)4b導(dǎo)通開始就通過放電電阻4a進(jìn)行放電而隨時(shí)間逐漸降低，在時(shí)間t時(shí)停止電壓降低， 再次開始充電。該電容器電壓V在電阻分壓電路5的第一電阻5a的電阻Rl和第二電阻5b 的電阻R2的連接點(diǎn)A被分壓為R1/(R1+R2)，并測定時(shí)間t內(nèi)的電壓下降值Δ V，使上述電 壓下降值ΔΥ通過測定電路6的放大電路6a并利用A/D轉(zhuǎn)換器6b進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將測定電路 6的結(jié)果發(fā)送至診斷電路7。此處，與預(yù)先診斷時(shí)作為電容器2所允許的預(yù)定的電壓下降值 Δ V而設(shè)定的基準(zhǔn)的電壓下降值△ Vs進(jìn)行比較，在圖2的9a所示的超過基準(zhǔn)值的電壓下降 值△ Vs以內(nèi)的情況下，判定電容器電容量是合適的，在圖2的9b所示的超過基準(zhǔn)值的電壓下降值A(chǔ)Vs以上的情況下，判定電容器電容量是不合適的，由報(bào)警電路8發(fā)出報(bào)警。此處， 所謂的電容器2所允許的基準(zhǔn)的電壓下降值A(chǔ)Vs，是指即使為了診斷電容器2而在預(yù)定的 時(shí)間內(nèi)放電，也能確保電容器2原來的操作所需要的電容量。另外，在氣囊所使用的備用電 容器的已有的電容器電容量診斷中，未考慮由電容器本身的漏電(自身放電電流)所引起 的測定誤差，但是在電容量診斷時(shí)通過以電容器自身放電電流Is以上的電流進(jìn)行測定，從 而降低測定誤差，來力圖提高電容量診斷的精度。因而，設(shè)定放電電阻4的電阻Rd以滿足 式⑴。Id = Vc/Rd > Is(I)式中，Vc是充電時(shí)的電容器電壓，Id是放電電流。例如，通過將電容量診斷時(shí)的放電電流設(shè)定為自身放電電流的100倍，從而可將 由測定誤差所施加的影響大幅地降低到以下、即達(dá)到實(shí)用上沒有問題的程度。將不對電容器的原來的驅(qū)動(dòng)操作產(chǎn)生妨礙的電容器電容量診斷為合適的，設(shè)該診 斷時(shí)的允許電壓下降值A(chǔ)Vs為充電電容器電壓Vc的百分之幾左右。因而，決定預(yù)定的時(shí) 間t，以使得在電容量診斷時(shí)被診斷為合適的電容器的由放電所引起的電壓下降值在AVs 的范圍內(nèi)。因此，由于在電阻分壓電路5的A電的電壓變化很小，因此希望由放大器6a進(jìn) 行電壓放大。由此，在本發(fā)明的實(shí)施方式1的電容器電容量診斷裝置中，由于以預(yù)定的放電電 阻、和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)施測定，使得放電所引起的電壓下降處于診斷時(shí)不會(huì)對電容器的動(dòng) 作產(chǎn)生妨礙的范圍內(nèi)，因此，具有可進(jìn)行電容器本來的動(dòng)作的效果，還具有在電容器的運(yùn)用 中也可對電容器電容量是否合適進(jìn)行診斷的顯著效果。另外，在電容器電容量診斷時(shí)，通過 設(shè)定流過電容器自身放電電流以上的放電電流，從而具有能提高電容器的電容量測定精度 的顯著的效果。實(shí)施方式2.圖3是表示包括本發(fā)明的實(shí)施方式2中的電容器電容量診斷裝置的電力用設(shè)備的 簡要的結(jié)構(gòu)圖。在實(shí)施方式2中，作為具有利用儲(chǔ)存在電容器中的能量的電磁操作機(jī)構(gòu)的電力用 設(shè)備的例子，對將電容器電容量診斷裝置應(yīng)用于真空斷路器(VCB)的情況進(jìn)行說明。如圖3 所示，真空斷路器10包括真空開關(guān)管(VST) 15，上述真空開關(guān)管15設(shè)置于箱體屏蔽壁11 內(nèi)，使靜觸點(diǎn)12和安裝于可動(dòng)軸13的動(dòng)觸點(diǎn)14進(jìn)行開關(guān)；固定鐵心16，上述固定鐵心16 設(shè)置于箱體屏蔽壁11外；設(shè)置于該固定鐵心16內(nèi)的斷路用線圈17及接通用線圈18 ；電容 器2，上述電容器2向該斷路用線圈17供電；儀表用電流互感器(CT) 20，上述儀表用電流互 感器(CT) 20在從電容器2通過開關(guān)19向斷路用線圈17通電時(shí)測量電流；可動(dòng)軸21，設(shè)置 上述可動(dòng)軸21以貫穿這些線圈17、18 ；安裝于該可動(dòng)軸21上的永磁體22和可動(dòng)鐵心23 ； 電磁操作機(jī)構(gòu)25，上述電磁操作機(jī)構(gòu)25具有利用安裝于可動(dòng)軸21上的壓接彈簧24來將真 空開關(guān)管15的觸點(diǎn)12、14進(jìn)行開關(guān)的功能；以及電容器電容量診斷裝置1，上述電容器電 容量診斷裝置1診斷電容器2的電容量。由于電容器電容量診斷裝置1的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式 1相同，因此省略說明。接著，參照圖3，說明本實(shí)施方式2中的真空斷路器的動(dòng)作原理。真空斷路器10 的開關(guān)操作由電磁操作機(jī)構(gòu)25的電磁線圈17、18所產(chǎn)生的電磁力來進(jìn)行，其開關(guān)狀態(tài)由永磁體22的磁力來保持。在固定鐵心16中設(shè)置作為電磁線圈的斷路用線圈17和接通用線 圈18，將安裝有可動(dòng)鐵心23和永磁體22的可動(dòng)軸21設(shè)定為可在斷路用線圈17和接通用 線圈18間進(jìn)行移動(dòng)，該可動(dòng)軸21通過壓接彈簧24與真空開關(guān)管15 —側(cè)的可動(dòng)軸13相連 接，而該可動(dòng)軸13與真空開關(guān)管15的和靜觸點(diǎn)12相對的動(dòng)觸點(diǎn)14相連接。在真空開關(guān) 管15的接通狀態(tài)下，可動(dòng)鐵心23被永磁體22吸附并保持于固定鐵心16的接通側(cè)。為了 使真空開關(guān)管15成為開路狀態(tài)，根據(jù)斷路指令，從電容器2向斷路用線圈17電容器進(jìn)行通 電，從而利用該磁力將可動(dòng)鐵心23吸引至開路側(cè)，即使在停止向斷路用線圈17的通電后， 也可利用永磁體22將可動(dòng)鐵心23吸附并保持于開路側(cè)。由此，安裝有可動(dòng)鐵心23的可動(dòng) 軸21進(jìn)行移動(dòng)，真空開關(guān)管15的觸點(diǎn)成為開路狀態(tài)。若向接通用線圈18通電，則以相反 的動(dòng)作使真空開關(guān)管15成為接通狀態(tài)。向斷路用線圈17通電的電容器2利用上述的電容 器電容量診斷裝置1來定期地判定其是否良好，從而力圖維持可靠性。為了監(jiān)測由電容器 2進(jìn)行通電的電流，使用儀表用電流互感器20進(jìn)行測量。對于電容器電容量診斷裝置1的 動(dòng)作，由于在實(shí)施方式1中進(jìn)行了說明，因此省略。在真空斷路器10中，將不對電容器2的電磁操作驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生妨礙的、由診斷時(shí)的放 電而引起的基準(zhǔn)的電壓下降值A(chǔ)Vs設(shè)定為以下。例如，在實(shí)施方式2中，作為用77.5V 的DC電壓由放電而引起的電壓下降值，能夠以IV來診斷電容器的電容量是否合適。因而， 可決定預(yù)定的時(shí)間t為120ms左右，以使得成為在電容器電容量診斷所需要電容器的放電 而引起的電壓下降值A(chǔ)Vs的范圍內(nèi)由于在電阻分壓電路5的A點(diǎn)的電壓變化很小，因此需 要利用放大器6a來進(jìn)行電壓放大。如上所述，在作為具備本發(fā)明的實(shí)施方式2的電容器電容量診斷裝置的電力用設(shè) 備的真空斷路器中，由于不需要取出電容器，而是在真空斷路器的運(yùn)用中也能定期地進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)用的電容器的電容量診斷，并能判定電容量是否合適，因此具有能力圖提高長期的電 力用設(shè)備的可靠性的顯著的效果。此外，盡管在上述的實(shí)施方式中，對作為電力用設(shè)備的真空斷路器應(yīng)用驅(qū)動(dòng)用的 電容器的電容量診斷的情況進(jìn)行了說明，但是只要是使用電容器作為驅(qū)動(dòng)能量的設(shè)備，則 也可應(yīng)用于其他的電力用設(shè)備。另外，也可應(yīng)用于汽車等車用的電容器，通過在運(yùn)用中進(jìn)行 診斷，也能夠進(jìn)一步提高可靠性。
權(quán)利要求
一種電容器電容量診斷裝置，包括電源(3)，該電源(3)對電容器(2)進(jìn)行充電；放電電路(4)，該放電電路(4)由串聯(lián)的放電電阻(4a)和放電開關(guān)(4b)構(gòu)成，與所述電容器(2)并聯(lián)；電阻分壓電路(5)，該電阻分壓電路(5)由串聯(lián)的第一電阻(5a)及第二電阻(5b)構(gòu)成，與所述電容器(2)并聯(lián)；測定電路(6)，該測定電路(6)對所述第一電阻(5a)和第二電阻(5b)的分壓點(diǎn)A的電壓進(jìn)行放大并測定；以及診斷電路(7)，該診斷電路(7)使所述電容器(2)停止充電、使所述放電電路(4)的所述放電開關(guān)(4b)導(dǎo)通，從而使電容器(2)中充電的能量在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行放電，根據(jù)利用所述測定電路(6)所測定的由所述放電所引起的電壓下降值來判定電容器的電容量是否合適，其特征在于，將由充電后的所述電容器(2)的放電所引起的診斷時(shí)的電壓下降值設(shè)定為預(yù)定的值以內(nèi)來實(shí)施。
2.如權(quán)利要求項(xiàng)1所述的電容器電容量診斷裝置，其特征在于，將放電電阻(4a)的電阻值設(shè)定為放電時(shí)流過電容器(2)具有的自身放電電流以上的 放電電流。
3.一種電力用設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求項(xiàng)1或2所述的電容器電容量診斷裝置(1)，包括利用電容器(2)中充電 的能量來進(jìn)行操作的電磁操作機(jī)構(gòu)(25)。
4.如權(quán)利要求項(xiàng)3所述的電力用設(shè)備，其特征在于在電容器電容量是否合適的診斷中，將由充電后的電容器(2)的放電所引起的電壓下 降值設(shè)定為電磁操作機(jī)構(gòu)(25)可進(jìn)行動(dòng)作的預(yù)定的值以內(nèi)來實(shí)施。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種電容器電容量診斷裝置及包括該電容器電容量診斷裝置的電力用設(shè)備，所述電容器電容量診斷裝置不會(huì)對由運(yùn)用中的電力用設(shè)備的電磁操作機(jī)構(gòu)所使用的電容器進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生妨礙，而可對電容器進(jìn)行診斷。電容器電容量診斷裝置(1)包括電源(3)，該電源對電容器(2)進(jìn)行充電；放電電路(4)，該放電電路與電容器(2)并聯(lián)，以使電容器(2)的能量進(jìn)行放電；電阻分壓電路(5)，該電阻分壓電路用于測定放電時(shí)的電壓下降；測定電路(6)，該測定電路測定分壓電壓；以及診斷電路(7)，該診斷電路根據(jù)由放電所產(chǎn)生的電壓的時(shí)間變化來判定電容器電容量是否良好。由此，可診斷運(yùn)用中的電力用設(shè)備的電容器的電容量是否合適。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101930039SQ20091026683
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者竹內(nèi)靖 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社